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「信号のない横断歩道では、自転車も優先する」と勘違いしている人を多く見掛けます。

都内辺りだと殆どの交差点に信号があるが、路地とのT字路だと信号がないケースも多く、代わりにT字路の少し手前に横断歩道があるケースが多いが、そういう交差点で一時停止の路地側から出てきた自転車にも（そもそもその自転車は、横断歩道側にすらいないのに）止まる「勘違いドライバー」が結構多い。

そのせいかどうかわからないが、チャリダーの中にも自転車は優先すると勘違いしているのがいて、例えば並行していた歩道からノーブレーキで飛び出してくるバカも多く、危険極まりない（イヤホンの若造か、後は子供を前後に乗せるタイプの電動ママチャリに多い）


このように未だに勘違いしてる人も多いので書きますが、道交法38条後段の「横断歩道等における歩行者等」は、前段の「横断歩道における歩行者及び自転車横断帯における自転車」を省略表記しただけです。

もちろん例外はあり、降車して自転車を押していれば歩行者扱いだし、未就学児は（別な条文により）たとえオートバイに乗っていようが、常に歩行者扱いになる。
※4/1以降の自転車ルール厳格化で、「小学生までと70歳以上は歩道を走っても良い」と周知されるようになったが、それ故に小学生や老人は横断歩道でも優先すると勘違いしている人もいるが、自転車に乗車している限り彼らも軽車両であり、そのような例外規定は存在しない。


法科大学院出の弁護士の中には、「以前施行令が改正されて自転車も（乗車したまま）横断歩道を渡れるようになったから、自転車も優先すると解釈される」などと独自論をネット上で展開してる人もいるが、下位法（施行令）の改正が上位法（本法）に影響する事などあり得ない。
※なぜなら、立法機関の存在を否定する事になるから←小学校で習う三権分立ですらマトモに理解しないまま、試験対策のテクニックだけ覚えて合格した？

今は知らないが、そもそも昔はJAFも「（38条後段で）歩行者等と書かれているから、自転車も含む」などと平気で間違った広報をしていたが、流通業界などでも安全講習などでそのように指導しているのか、某大手宅配業者のトラックは自転車にも必ず止まる。
※いずれも監修役の弁護士がいるはずなんですがねえ・・・

ネット（ようつべ）で、「日本車とドイツ車のボディ剛性の違いは、（道路事情等に合わせて）高速コーナリング性能を重視するかしないか、つまりは設計思想の違いだ」と結論付けている方がいました。

その方は、クラッシュセーフティに関する動画を多数上げている人でしたが、日本車とドイツ車のクラッシュセーフティの違いについても、「事故でボディがちぎれる事はまずないので、剛性で考える」として、事故に遭った時のボディの潰れ方についても、強度ではなく剛性で説明していました。
※確かに強度試験は通常引張でやるけど、引張だからちぎれるのであって、圧縮すれば当然潰れますが・・・破断＝ちぎれる（ちぎれない限り破断じゃない）と誤解している？


さて、とりあえずその話は置いておくとして、剛性についての基本的な話は前回までに書いた通りですが、では、構造体であるボディ剛性はどのように考えればいいのでしょうか？

以下は、日本製鉄技報 第412号（2019年）からの抜粋です。

↓全文はこちら
剛性評価技術に基づく剛性向上と軽量化の両立
https://www.nipponsteel.com/tech/report/pdf/412-15.pdf


【構造体の剛性の特徴】

『車体やシャシ部品は，閉断面を持つ梁状部品と開断面のパネル状部品を有する。よって，車体が所定の拘束の下で荷重入力を受けて弾性変形する際，閉断面梁の変形と平板の変形の両方が生じる。
平板の変形を分類すると，曲げ，伸び（圧縮），および，せん断（ねじり）となる。閉断面梁全体の変形も同様に，曲げ，伸び（圧縮），および，ねじりであるが，閉断面を構成する板の変形形態として見ると，伸び（圧縮），および，せん断に限られる。
平板の伸び（圧縮），せん断，および，曲げ荷重に対する剛性は，それぞれ，ヤング率Eと板厚tの積，せん断弾性率Gと板厚の積，および，ヤング率と板厚の3乗t^3の積に比例する（図１）』


図１（上記の論文より引用）

つまり、ボディのような構造体といえど、各パーツに分割して考えれば良いのです。

なお、剛性がなぜ板厚に比例するのかですが、例えば前回書いたように、曲げ剛性＝ヤング率×断面二次モーメントですが、板厚は（同一形状の場合）断面二次モーメントの数値に直接影響を与えるからです。
※曲げ剛性が板厚の3乗に比例するのは、長方形の断面二次モーメントがI=b×h^3/12であるため。


【車体軽量化と剛性確保の両立には、構造変更が必須】

『したがって，材料の弾性係数が一定であるとすると，車体全体の剛性は板厚の1から3乗に比例するものと考えられる。換言すると，特定の荷重を受ける構造体の剛性は，板曲げ変形する領域が多ければ板厚の3乗に近く，少なければ板厚の1乗に近い相関を示す。
一方で，車体重量は，材料の密度が一定であるとすると板厚に比例する。このことは，軽量化のために板厚を減じた場合，構造変更を伴わないのであれば，重量低下率よりも剛性低下率の方が大きくなる可能性を示している。
薄手ハイテン材の適用のためには，板曲げ変形を抑制し，板厚の1乗に近い相関を持つ構造が必要となる。』

ハイテン鋼は（引張）強度は大きいので、薄くても普通鋼と同等の強度を得られますが、ヤング率等の弾性係数は普通鋼と殆ど変わらないので、薄い分だけ（同一構造であれば）剛性の値は小さくなります。

論文中の『板厚の1乗に近い相関を持つ構造が必要』は何を言っているかというと、上図１の通り、平板（に限らず棒など全てがそうですが）は引張や圧縮には強いが、曲げには弱い性質があるため、トラス構造にするなどして、応力を引張と圧縮だけにするなど、構造自体を変更して板厚減少の影響を抑える必要がある、という意味です。
※以降は省略しますが、興味のある方はぜひ全文をお読みになってください。


【最後に】

さて、表題の「日本車とドイツ車のボディ剛性と強度」の違いですが、ここまで読んで、答えがお解りになったでしょうか？

ハイテン鋼を採用するのはもちろん軽量化（環境保全）のためで、今や世界中のメーカーがしのぎを削っていますが、日本車がドイツ車より採用に積極的なのは、日本製鉄をはじめとする取引先から、高品質なハイテン鋼（例えばJFEスチールのユニハイテンなど）が安定的かつ安価で手に入るという事情もあるかと思います。
※事実、ガラス板厚（特にフロントガラス）に関しては、総じて欧州車の方が薄板化が進んでいる。

しかし、薄いハイテン鋼を多用すると、普通鋼を用いる場合に比べ強度は同等に保たれますが、剛性はどうしても小さくなるので、構造を工夫したり、必要な個所では板厚を確保したりといった設計努力で、剛性確保に努めているのです（論文を見ても解かる通り、実際には軽量化を進めた新型車の方が剛性も大きくなっている）


そもそもコンピューター（CAE）じゃあるまいし、走った時のフィーリングからボディ剛性だけを取り出して評価するのはどだい無理なので、実際に多くの人が「ボディ剛性」だとして評価しているのは、多くはサスペンションやタイヤ、ステアリング等の味付けの違いからくる車全体のフィーリングであって、それこそが設計思想の違いでしょう。
※パーツごとの剛性には設計思想の違いも出るだろうが、ボディ全体の曲げ剛性、ねじり剛性自体は（ホワイトボディで数値評価すれば）日本車もドイツ車も殆ど違いはないと思う。


P.S.
【雑学】自動車用ガラスの厚さ
https://minkara.carview.co.jp/userid/2036415/blog/48030885/

最後に、剛性（ここでは曲げ剛性）について考えてみます。


【ヤング率とは？】

前回さらっと紹介しましたが、ヤング率とは縦弾性係数のことで、曲げ剛性を考える際に用いますが、材料固有の定数になります。
※一方、せん断弾性率は横弾性係数のことで、ねじり剛性を考える際に用いる。

主な材料のヤング率は、以下の通りです（単位：GPa）
・高張力鋼（HT80）　203
・機械構造用炭素鋼（S45C）　205
・ダイヤモンド　1000
・金　78
・鉛　16.1


【曲げ剛性の公式】

曲げ剛性は、上記のヤング率と断面二次モーメントの積で表されます（注１）
・曲げ剛性＝ヤング率E×断面二次モーメントI
※強度を考える際には断面係数（曲げ強さ）を用いたが、剛性を考える際には断面二次モーメント（曲げ難さ）を用いる。

断面二次モーメントですが、実務では断面係数と一緒で与えられた公式で考えれば良く、あまり深く考える必要はありません。
※例えば、上から荷重が掛かった場合の長方形の断面係数Zと断面二次モーメントIは、
・Z=b×h^2/6（b：幅、h：高さ）
・I=b×h^3/12
となる。

なお、断面係数Zと断面二次モーメントIの関係は、次のようになります（注２）
・Z=I/e（e：中立軸から上面もしくは下面までの距離）
※e＝h/2なので、Z=I/e＝b×h^3/12×2/h＝b×h^2/6


という訳で、同じ材料を用いる場合でも、H型鋼のように断面形状を工夫すれば曲げ剛性を高められると同時に、軽量化を図ることができます。

以上が剛性（曲げ剛性）についてのおおまかな話です。
ねじり剛性についての説明は省略しますが、公式は「ねじり剛性＝せん断弾性率×断面極二次モーメント」になります（興味のある方は、ご自分で勉強なさってください）


さて、ここまで理解できれば、「この車はボディ剛性が高く、剛性感の高い走りが得られる」などという論評は、プロかアマか誰が書いたかを問わず、
読むのもバカバカしくなると思います（笑）
※そもそもボディ剛性（＝走行中のボディの僅かな変形）だけを感じ取ることは不可能であり、主にサスペンションやタイヤ等による車全体の動き（含プラシーボ）を「剛性感」などと表現しているだけ。


【注釈】

（注１）
「断面二次モーメント」という聞き慣れない変な名前ですが、文章で書くと「断面の微小面積にかかる力から、積分を用いて断面全体にかかる力（総和）をとったもの」です。

曲げ剛性（曲げ難さ）をヤング率Eと断面二次モーメントI の積で表す理由は、曲率k（どれぐらい曲がるか。曲げ半径の逆数）を考えれば理解できると思います。

応力σ＝E×ε=E×k×y（k：曲率、y：中立軸からの距離）より、
・微小断面の応力dF=σ×dA＝EkydA（dA：微小断面の面積）
微小断面が作るモーメントはdF×yで、これが外力Mとイコールになるので、
・M=∬_A dFy＝∬_A EkydA×y＝∬_A y^2dAEk（∬_A：面Aについての積分）
I=∬_A y^2dAと定義すると、
・M=IEk　→　k=M/（EI）
よって、曲率は外力に比例し、ヤング率及び断面二次モーメントに反比例する。

因みに、モーメントとは「中心までの距離に何かを掛け合わせたもの」ですが（前回の梁で言えば、出っ張り長さ×荷重）、断面二次モーメントの場合は、上記の数式の通り中立軸からの距離の二乗を掛けているので、二次モーメントと呼ばれます。
※動力学における回り難さ（質量慣性モーメント）と区別するため、断面二次モーメントと呼ぶ。

（注２）
断面係数Z=I/eとなる理由ですが、強度を考える際には、最大応力がどれだけ（耐えられる）かを知る必要があるからです。

任意の微小断面における応力σは、
・σ＝M×y/I
上面もしくは下面における最大応力は、y＝eなので、
・σmax＝M×e/I
前回書いたように、最大曲げ応力σmaxは、断面係数Zと、曲げモーメントMにより求めることができました。
・σmax＝M/Z
よって、e/I＝1/Z　→　Z=I/e

剛性について考える前に、まずは応力とひずみ（強度）の話から。


【外力、内力と応力】

外力とは、言葉の通り外部から加わる力のことで、内力とは、その反力です。

次に応力とは、この内力を（仮想断面の）面積で割ったものですが、具体的には「部材内に発生している、単位面積（mm^2）あたりの力」のことで、垂直応力を例にすれば、以下のように表されます。
・応力σ[MPa]＝内力P[N]/断面積A[mm^2]

また、外力には引っ張る、曲げる、ねじるなどさまざまな種類がありますが、応力は垂直応力σ（引張応力、圧縮応力）とせん断応力τに分けられます。
※実際には曲げると同時にねじる力が加わるなど、複合的な力が同時に加わるが、常にこの二つを考えれば良い（曲げ応力を独立させている場合もあるが、後述するが曲げ応力は引張応力と圧縮応力に分解できる）


【応力、ひずみとポアソン比】

外力により変形を受けた際、変形の度合いを表すのが「ひずみ」ですが、これも応力に対応して垂直ひずみε（引張ひずみ、圧縮ひずみ）とせん断ひずみγに分けられます。

ひずみとは、具体的に言えば、変形量を元の長さで割ったものです。
※このひずみの縦と横との比率が、ポアソン比ν（＝横ひずみ/縦ひずみ）

垂直応力と垂直ひずみの関係は、
・σ＝E×ε（E:ヤング率）
また、せん断応力とせん断ひずみの関係は、
・τ＝G×γ（G:せん断弾性係数）
になります。
※ヤング率とせん断弾性係数は、材料固有の定数。


【応力ひずみ曲線】

応力とひずみの関係を示したグラフを、応力ひずみ曲線と言います。



↑引張試験の例（画像は土木LIBRARYより引用）

応力は、このように強度を評価する際の指標に使われます。
なお、σ＝E×εであることからも解るように、弾性係数が同じならグラフの傾きも同じですが、強度が大きい材料の方がB点（弾性限度）やF点（引張強さ）がより高い位置にきます。
※材料によっては、図のような降伏現象が見られないこともある（例：脆性材料）

弾性限度は荷重を取り去ればひずみが元に戻る応力の最大値であり、引張強さは応力の最大値で、これが強度（終局応力）となります。
※永久変形が残ってはいけない部材では前者が、荷重を支えるだけでよい部材では後者が基準強度になる。

「安全率」と言う言葉を耳にしたことがあると思いますが、これは許容応力（想定される最大の応力）に対して、基準強度がどれだけ余裕があるかを示す率です。
・安全率＝基準強度/許容応力


では次に、曲げ力が加わった場合の応力とひずみについて考えてみます。


【曲げ応力と断面係数】

例えば、柱から突き出した梁に上から力が加わると、梁は先端が下がるように曲がって変形しますが、このとき部材の上面は引っ張られますが、部材の下面は圧縮されます。

つまり、断面には引張応力と圧縮応力の２つの応力が発生しており、梁の上面で引張りによる垂直応力が最大に、下面で圧縮による垂直応力が最大になります。
なお、横から見て中央の長さが変化しない面（引張応力も圧縮応力も掛かっていない面）を中立面と呼びます。

これらの垂直応力を合わせたものが「曲げ応力」ですが、上面あるいは下面における最大曲げ応力σmaxは、断面係数Zと、曲げモーメントMにより求めることができます。
・σmax＝M/Z
※曲げモーメントMは、梁にかかる荷重とその出っ張り長さの積（W×L）

断面係数Zは断面の形状のみで決まる値で、例えば、（上から荷重が掛かった場合の）長方形の断面係数Zを求める公式は、以下の通りです。
・Z=b×h^2/6（b：幅、h：高さ）

同じ曲げモーメントの場合、断面係数が大きい方が最大曲げ応力は小さく（＝ひずみが小さく）なります。

そして長方形の場合、向きを変えれば、断面係数も変わります。

↑画像は、ものづくりウェブより引用

破線を中立軸（中立面と仮想断面の交線）とした場合、左の方が断面係数が大きくなります。
これはまあ直感でもわかるでしょうが、知っていると日曜大工などでも役に立つと思います。

（続く）

自分は小6の頃からカー雑誌を読んでいましたが（1981年）、当時は「剛性」なんて言葉を使う自動車評論家は皆無でした。


【なぜ剛性という言葉が流行るようになったのか？】

この「剛性」と言う言葉が認知されるようになったのは、80年代の半ばだったと思います。

当時、日産がサンタナのKDによりボディ剛性の重要性に気付き（？）、84年のC32ローレルを皮切りに、85年のトラッドサニーなどで「ボディ剛性を向上させた」と謳うようになりましたが、ほぼ同時期にマツダも、85年の2代目FFファミリア、86年の「スーパーモノコックボディ」のルーチェ、と言った具合にボディ剛性の重要性を謳うようになりました。
※それでも当時は、（ファミリアの試乗記で）「旧型より重くなって軽快感が減った」などと嘆く評論家も多かった。

それがバブル期に入る頃には、ボディ剛性向上によるメリットが一般ユーザーの間でも徐々に認識されるようになり、90年代以降は、どのメーカーも新型発表の度に「旧型比でボディの曲げ剛性を○％、ねじり剛性を○％アップさせました」とアピールするのが通例になりました。


このように剛性とは、主にボディ剛性を評価する場合に用いる概念だったのですが、なぜかその頃から自動車評論家の間で、何にでも「剛性」という言葉を使って表現するのが流行り出しました。
※英語を習いたての中学1年生が、覚えたての英単語を使いたがるのと一緒？（今は小学校から習いますが）

終いには「足回りの剛性感が高い」とか、「ハンドリングの剛性が高い」といった具合に、剛性の言葉の定義がどうこう言う以前に、
もはや日本語としておかしな文章が量産される事態に至りました（笑）


さて、その剛性ですが、以前にも書いたように「（外部から力が加わった時の）変形のしにくさ」を指しますが、ここではもう少し専門的に考えてみる事にします。


【剛性とは、曲げやねじりに対する変形のしづらさのこと】

前述の通り、評論家の先生方は何でもかんでも「剛性ガー」と言いますが、自動車メーカーが「旧型比でボディの曲げ剛性を○％、ねじり剛性を○％アップさせました」と言うように、材料力学なり建築工学の分野においては、剛性とは曲げやねじりに対する変形のしづらさのことを言います。

また一般的に、というかカーマニアの間では「剛性が高い」と高低で表現しますが、剛性は、本来は「剛性が大きい」というように大小で表現します。
誰かはわかりませんが、評論家の一人が最初に誤ってこう表現したのが、一般化したのでしょう。
※「高剛性」という言い方はするので、そこから高低を使うと勘違いした？

（続く）